華中科技大学、3Dプリントの磁気構造で簡単に電気を生成

出典: エンジニアリング

3 次元 (3D) 印刷は、新たな付加製造技術として、多機能で複雑な構造のプロトタイプの製造を容易にし、航空宇宙、組織工学、宝飾品、フレキシブルエレクトロニクスなどの分野で大きな可能性を示しています。磁性粒子と印刷可能なポリマーで構成された 3D プリントされた磁気構造は、制御可能なマニピュレーターや変形可能なソフトロボットなどに大きな可能性を秘めていることから、幅広い注目を集めています。構造の形状変化を促す力によって磁場分布が変化し、構造が機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する能力を持っていることが示されます。

華中科技大学の蘇斌教授の研究チームは、中国工程院の学術誌「工学」2022年8月号に「液滴衝撃を自己発電で感知する3Dプリント超疎水性磁気デバイス」と題する研究論文を発表した。2つの3Dプリント手法を統合することで、柔軟な超疎水性・磁気デバイスを製造した。記事では、3Dプリント磁気デバイス（3DMD）は、水を連続的に滴下する際に長期にわたって安定した力から電気への変換能力を示し、出力電流は既存の文献に記録されている出力電流よりも高いと指摘している。本論文では、マクスウェル数値シミュレーションと組み合わせて、3DMD の力から電気への変換メカニズムを研究し、さまざまなパラメータの調整をガイドします。さらに、継続的な雨水収集により、統合された 3 つの 3DMD が市販の発光ダイオード (LED) を点灯します。記事では、エネルギー変換と組み合わせたこの設計により、3D プリンティングの発展が促進されると期待されていると説明しています。

この記事の 3DMD 構造は、市販の 3ds Max ソフトウェアを使用して設計されました。熱溶解積層法（FDM）3Dプリント技術を使用して、異なる厚さ（1〜3 mm）と突起サイズ（半径1.0 mmまたは1.5 mm）を持つ複数の磁性トップを製造しました。上部の磁性粒子は、1900 V を超える高電圧の磁化装置によって生成されたパルス磁場によって垂直に磁化されます。 10% (質量分率) の疎水性シリカナノ粒子を超音波処理後にエタノールに分散させ、その後、シリカベースの溶液を 3D プリントされた磁気トップにスプレーして疎水処理を行いました。 Agilus30 フォトポリマーを使用して、Polyjet 3D 印刷技術で長さ 2 ～ 8 mm の弾性ロッドを製造しました。最後に、3DMD は、磁性体の上部、弾性棒状の下部、導電性銅コイルの 3 つのコンポーネントを組み立てるだけで製造されます。

この記事では、3D プリントを使用して、落下する水滴を自己発電で感知する柔軟な超疎水性磁気システムを製造します。 3DMD の 2 つの部分、すなわち磁性体の上部と弾性ロッドの下部は、それぞれ FDM と Polyjet 技術によって準備されました。 3DMD は超疎水性表面を備えているため、連続的な水滴下下でも長期にわたって安定した電気機械変換能力を発揮します。これは主に、固体/液体の付着が効果的に低減されたことに起因しており、これにより磁気部品と電気部品間の距離の変化が確実に保証され、発電が実現します。この記事は、雨滴の柔軟な電気機械変換戦略のための新しい方法を提供し、将来の振動モニタリングに拡張することができます。

上記の内容は、Xuan Zhang、Qi Wang、Ruiping Zou、Bo Song、Chunze Yan、Yusheng Shi、Bin Su によるものです。「3D プリントされた超疎水性および磁気デバイスは、小さな液滴の衝撃を自己発電で感知できます [J]。」エンジニアリング、2022、15(8): 197-206。

オリジナルリンク: http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2022.04.009

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